Опытно-конструкторское бюро «Атом»
Компактная, легкая и масштабируемая ветровая турбина с возможностью применения от крайнего Севера до африканской пустыни
Очевидным трендом в области глобальной энергетики уже несколько лет является экологичность. “Зеленая” энергия – не просто дань моде, а забота о стабильном развитии. Ветровая энергетика, вероятно, одно из самых прогрессивных направлений этого тренда.
Задача
Максим Кузин, главный конструктор: “Интерес к ветровой энергетике у нас появился благодаря коллегам из УВЗ, рассказавшим о некоторых амбициозных задачах в этой отрасли и соответствующих им рыночным возможностям. Мы выработали несколько гипотез, провели исследовательскую работу, и сформировали набор характеристик, которым должна удовлетворять установка. Среди них – устойчивость к экстремальным климатическим и сейсмическим условиям, возможность применения от крайнего Севера до африканской пустыни, длительный ресурс, удобство транспортировки и легкость развертывания.
Безусловно создание нового продукта всегда сопряжено с трудностями. Традиционный фактор - время. Работать приходится в очень сжатых сроках, тем не менее предвосхищая и опережая задачи будущего, анализируя мировой опыт и объединяя его с потребностями и проблемами современности.
К идее применения гиперболоидных оболочек нас вдохновили работы российского инженера Владимира Григорьевича Шухова. Этой работой мы дали новый виток развития его трудов, переведя их из статичной плоскости в полноценную динамику”.
Вычислительные мощности для выполнения инженерных расчетов на суперкомпьютере “Минин” предоставлены нашими коллегами из ЦНИИ “Буревестник”.
Конструкционные особенности
Fennec – это ветровая турбина с длительным сроком автономной работы (без сервисного обслуживания) и с общим сроком эксплуатации - порядка 50 лет в самых агрессивных условиях. Чтобы обеспечить такие возможности, потребовалось применить нестандартные конструкторские решения и технологии. Большая часть деталей ротора изготовлена из сплавов алюминия, применяемых в авиации: Д16, АД31, АМг2Н2. Они обладают высокой коррозионной стойкостью и необходимыми механическими характеристиками. При этом вес 6-ти метровой лопасти составил всего 5 кг.
В результате мы создали действительно компактную ветровую установку, на базе которой можно строить распределенные сети. Конструкция ротора, позволившая добиться требуемой компактности, высокой механической прочности, низкой частоты вращения и пусковой скорости оказалась не совсем традиционной и представляет собой гиперболоидную оболочку, построенную из алюминиевых лопастей с оптимальным аэродинамическим профилем.
Испытания
Максим Кузин, главный конструктор: “Внутренние испытания мы провели в Москве. Отработав схему монтажа, проверили механическую прочность и устойчивость. Продули потоком скоростью до 10 м/с. Получив ожидаемые штатные показатели, подтвердили расчеты и убедились в эффективности всех систем.
Первым “боевым” испытанием ветровой турбины стала демонстрация на международной выставке вооружения IDEX в Баку, который, к слову, именуют “городом ветров”. Нам повезло в течение 10 дней выставки застать очень хороший набор погодных условий: штормовой ветер с холодным проливным дождем сменяло жаркое солнце. Увидели работу установки в сложных климатических условиях, оценили заложенные меры подготовки к ним, собрали ценную информацию, которая уже во втором образце позволила заложить ряд усовершенствований. Также любопытно было увидеть, что фактическая выработка энергии происходит даже при малом ветре в 3 - 4 м/с, что является недостижимым показателем для ближайших мировых аналогов”.
Преимущества
Основным преимуществом ветровой турбины Fennec перед ветрогенераторами других производителей является возможность извлекать энергию там, где другие решения эффективно работать не могут. Например, для возможности применения в городской черте необходимо сделать ротор предельно тихоходным, тем самым снизив уровень кинетической угрозы и шума, сохранив при этом приемлемую удельную выработку. В труднодоступных горных регионах компактность установки имеет решающее значение, так как доставить и закрепить объекты больших размеров в такой местности не всегда возможно. В свою очередь, в пустыне важно надежно защититься от песка (который в этом случае выступает в роли абразива) и резких суточных колебаний температуры (от +56 до –12 градусов по Цельсию).
Турбина Fennec Aerograde 4 работает на очень низкой частоте (60 - 90 об/мин), бесшумно и не передавая вибраций на опору. В ней применяются подшипники высочайшего класса, а нагрузка распределяется одновременно на несколько узлов, трущиеся части которых надежно загерметизированы. Все эти факторы вместе существенно увеличивают ресурс и межсервисный период работы. Телеметрическая система позволяет следить за состоянием оборудования и управлять им удаленно. Турбина транспортируется в собранном виде в стандартном 20-ти футовом контейнере, что существенно снижает логистические затраты.
Перспективы применения
В первую очередь мы рассчитываем на внимание ресурсодобывающих и энергетических корпораций, а также компаний, работающих в труднодоступных регионах и сложных климатических условиях, ряд которых заявил о твердом намерении существенно нарастить долю возобновляемых источников энергии в общей картине потребления.
Помимо этого мы представим комплексные инфраструктурные проекты, построенные на базе наших технологий и продуктов, позволяющие осваивать и развивать регионы со сложными условиями. Одним из первых решений будет комплексная транспортно-энергетическая инфраструктура, система связи и производство пресной воды.
В дополнение к основным преимуществам ветровой турбины Fennec, таким как компактность, безопасность, длительный срок эксплуатации и применение в любых климатических условиях, важной особенностью является возможность построения на ее базе надежных и легко обслуживаемых электросетей. В отличие от классических ветровых электростанций, где вся мощность обеспечивается одной большой турбиной, а в случае неполадок выработка энергии полностью прекращается, сеть ветровых установок Fennec состоит из независимых модулей, где выход из строя одной или нескольких турбин не влечет за собой отказ всей системы и позволяет станции работать автономно до приезда технического специалиста.
